Um efeito sinérgico no enriquecimento do Mg

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 20053 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As ligas Mg-Al-Zn são amplamente preferidas em muitas aplicações, considerando suas excelentes propriedades de alta relação rigidez-peso, peso leve, alta relação resistência-peso, baixa densidade, fundibilidade, propriedades mecânicas em alta temperatura, usinabilidade, alta resistência à corrosão e ótimo amortecimento. Melhorar as propriedades de tais ligas é um desafio devido à sua estrutura cristalina hexagonal e outras limitações da liga. Este estudo tem como objetivo sintetizar a liga Mg – Al – Zn incorporando os elementos de liga 8,3% em peso de Al, 0,35% em peso de Zn em magnésio puro (amostra de controle). Em seguida, sintetize o compósito híbrido Mg – Al – Zn / BN / B4C reforçando B4C em três proporções em peso (3% em peso, 6% em peso, 9% em peso) juntamente com lubrificante sólido constante BN (3% em peso) através de um processo de fundição por agitação. As amostras compostas híbridas foram caracterizadas e comparadas com o desempenho da amostra controle. Os resultados revelam que amostras reforçadas com 9% em peso de B4C tiveram desempenho superior ao registrar a melhoria da resistência à tração em 28,94%, resistência à compressão em 37,89%, resistência ao escoamento em 74,63% e dureza em 14,91% do que a amostra de controle. Além disso, reduziu a área de corrosão (37,81%) e notou alterações insignificantes na densidade (aumentada em 0,03%) e na porosidade (diminuída em 0,01%) do que a amostra de controle. As amostras foram caracterizadas utilizando aparelhos SEM, XRD e EDAX.

Os materiais de baixa densidade estão se tornando mais prevalentes em aplicações automotivas, aeroespaciais e marítimas devido à sua menor densidade e maior eficiência energética. Comparado com outros metais e ligas, o magnésio e suas ligas ganharam interesse devido ao seu desempenho menos denso e alta resistência à compressão. Além disso, o magnésio é reciclável e a redução na emissão de CO2 é outra razão importante para o cumprimento de aplicações funcionais1. Apesar de suas excelentes propriedades físicas, esses materiais têm aplicações limitadas devido à baixa resistência, módulo e resistência ao desgaste, são altamente reativos e apresentam baixa resistência à fluência em altas temperaturas2. Estas desvantagens podem ser eliminadas aderindo aos métodos de processamento desejados e adicionando elementos de liga ou reforço3. Com base nos resultados apresentados, cerâmicas como Carboneto de Silício, Óxido de Alumínio, Carboneto de Boro, Nitreto de Silício, Dióxido de Titânio, Nitreto de Alumínio, Nitreto de Titânio, Óxido de Yettrio e Carboneto de Titânio têm sido utilizadas para fortalecer particulados compostos de compósitos de magnésio4.Cerâmica os reforços podem ser encapsulados com um material de matriz, levando a limitações. O aumento da fração em peso de partículas de reforço cerâmico únicas no material da matriz aumentou a dureza, a densidade, a tenacidade e a fragilidade, mas foi observada diminuição da ductilidade e da porcentagem de alongamento5. Isso se deve à distribuição homogênea de partículas de reforço na liga da matriz, enquanto a aglomeração resulta em propriedades inferiores6. Os estudos da literatura determinaram que a inclusão do particulado cerâmico secundário no material de origem fortalece o material através da redução do tamanho de grão, determina as propriedades mecânicas dos compósitos e é afirmado como um compósito híbrido. Numerosos estudos foram realizados sobre a síntese de compósitos híbridos de magnésio utilizando diferentes métodos de processamento e reforços7. A abordagem da metalurgia do pó foi utilizada para caracterizar o desempenho ao desgaste de compósitos de magnésio. A inclusão de Grafite ampliou a resistência ao desgaste das misturas híbridas e reduziu as propriedades de microdureza8. O método de agitação semissólida foi empregado para desenvolver o comportamento dinâmico à tração de nanocompósitos híbridos de magnésio. Observou-se que a taxa de endurecimento foi distinta em diferentes temperaturas quando SiC em nanoescala e MWCNT foram utilizados para reforço . A inclusão de partículas de SiC melhorou efetivamente a taxa de desgaste dos compósitos sintetizados devido ao reforço de fibras curtas e compósitos fundidos usando o método squeeze casting . A metalurgia líquida tem sido usada para desenvolver as propriedades mecânicas do carboneto de boro e os complexos de mistura de magnésio endurecidos da grafite. A incorporação de grafite na liga da matriz resulta em uma diminuição nas características de desgaste11. A microestrutura e as propriedades físicas dos compósitos hibridizados de alumínio foram examinadas usando diboreto de titânio e nitreto de boro como peças de reforço, com a inclusão de BN tendo o objetivo principal de aumentar a molhabilidade e, ao mesmo tempo, aumentar a resistência ao desgaste . Com base na literatura concluiu-se que a densidade influenciou significativamente na escolha do reforço para síntese de compósitos híbridos de liga de magnésio. Caso contrário, a densidade de tais combinações aumentaria e seria incompatível com as propriedades de redução de peso para aplicações funcionais . Como parte do estudo inovador proposto, foram escolhidos reforços cerâmicos com materiais de baixa densidade para o desenvolvimento contínuo de compósitos híbridos de liga de magnésio. Um estudo bibliográfico foi realizado para a lacuna explicativa da pesquisa e algumas implicações para este estudo foram resumidas. As ligas Mg – Al – Zn possuem uma estrutura cristalina hexagonal, que afeta propriedades fundamentais como tenacidade, flexibilidade e outras propriedades. Além disso, a energia superficial deste material é elevada em comparação com outros materiais leves, como alumínio ou zinco. Ainda assim, tem menos resistência à corrosão e ao desgaste que o alumínio. Também foi observado que em ligas de magnésio, 10% em peso de Al melhora a resistência à tração, a dureza e a fundibilidade, aumentando o reforço em solução sólida, e 0,35% de Zn forma fases de MgZn2 ao longo dos limites dos grãos, resultando em excelente endurecimento por envelhecimento e fornece características melhoradas. . Porém, a adição de elementos de liga fica restrita à liga base de magnésio, pois é essencial para a compatibilidade ambiental do material14. Foi acertado que apenas a adição de partículas de reforço cerâmico, como boretos, carbonetos e nitretos, melhora as propriedades das ligas Mg – Al – Zn. Descobriu-se que faltavam investigações adicionais sobre a molhabilidade do carboneto de boro e do nitreto de boro com ligas de Mg – Al – Zn como partículas reforçadas com partículas para consolidação de compósitos hibridizados. Como o magnésio é altamente reativo e forma óxido de magnésio quando exposto à atmosfera, é uma grande desvantagem de tais ligas. Foi previsto que ao adicionar baixa densidade de reforço a uma combinação de diferentes materiais de base, a densidade dos compósitos seria restaurada e suas propriedades mecânicas seriam notavelmente melhoradas15. Uma análise literal constatou que a inclusão de reforço B4C de diferentes tamanhos de partículas resulta em maior resistência mecânica do material. Ainda assim, o reforço BN é limitado apesar de ter uma densidade inferior ao B4C16. Também inferiu que o carboneto de boro e o nitreto de boro não foram extensivamente investigados como partículas reforçadas com partículas para consolidar o compósito híbrido à base de liga de Mg – Al – Zn. Os particulados recomendados para reforço têm densidade menor de 2,5 g/cm3 e 2,1 g/cm3 para carboneto de boro e nitreto de boro do que outros reforços cerâmicos. Ao adicionar esta combinação de reforço em diferentes materiais de base, a densidade do material final (compósito) foi restaurada e as suas propriedades mecânicas melhoradas ainda mais. Os efeitos fortalecem as propriedades da liga Mg-Al-Zn (91,35% em peso de magnésio puro, 8,3% em peso de alumínio, 0,35% em peso de zinco) reforçando B4C em três níveis (3% em peso, 6% em peso, 9% em peso) com constante lubrificante sólido BN de 3% em peso. ainda não foi relatado até agora. Como o BN é lamelar em uma estrutura como dissulfeto de molibdênio e grafite, e em comparação com estes, é um lubrificante sólido melhor. Devido a este fator, o BN é preferido como reforço secundário, e seu peso percentual é mantido constante na presente investigação. Portanto, esta pesquisa aborda a síntese, caracterização e teste de amostras de compósitos híbridos de Mg – Al – Zn / BN / B4C e a comparação de seu desempenho com a liga de Mg – Al – Zn sintetizada como fundida (amostras de controle).